通信原理试验指导书使用

1、E5科技 liili现代通信原理实验指导书实验一信号源实验、实验目的1、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2、了解NRZ码、方波、正弦波等各种信号的频谱。3、理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。4、熟练掌握信号源模块的使用方法。、实验内容1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示。2、观察点频方波信号的输出。3、观察点频正弦波信号的输出。4、拨动拨码开关，观察码型可变 NRZ码的输出。5、观察位同步信号和帧同步信号的输出。6、观察NRZ码、方波、正弦波、三角波、锯齿波的频谱。三、实验仪器一台 一台 一台 若干1、信号源模块2、20M双踪示波器3、频率计（可

2、选）4、PC机（可选）5、连接线四、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分模拟信号源部分可以输出频率和幅度任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz10KHz）、三角波（频率变化范围 100Hz1KHz）、方波（频率变化范围 100Hz10KHz）、锯齿波（频率 变化范围100Hz1KHz）以及32KHz、64KHz的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频 率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1所示。在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U04,并存放在固定的地址中。当单片机 U03检测到波

3、形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预 置分频器调整 U01中分频器的分频比（分频后的信号频率由数码管 SM0卜SM04显示）；另一方 面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U04中对应地址的区间，输出相应的数字彳t号。该数字信号经过D/A转换器U05和开关电容滤波器 U06后得到所需模拟信号。频率调节器波形选择开关单片机频率趣马管显不32K正弦波倒K1E弦波图1-1模拟信号源部分原理框图波形数据存储 器 C2864）口/媛换器 （TLCT52Q放大电路模拟信号输出现代通信原理实验指导书2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ

4、码（可通过拨码开关 SW01 SW02SW0被变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U01来完成，通过拨码开关SW04 SW0前改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2所示。图1-2数字信号源部分原理框图NRZ分频器24MHzi 振24位NR鸡型设置晶振出来的方波信号经 3分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到 1024KHz、256KHz、64KHz、32KHz、8KHz的方波。可预置分频器的分频值可通过拨码开关 SW04 SW0冰改变，分频比范围是 19999。分频后的信号即为整个系统的 位同步信号（从信号

5、输出点“ BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRM产生电路，通过该电路可产生以 24位为一帧的周期性 NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW01 SW02SW0冰改变。在后继的码型变换、时分复用、CDM懈实验中，NRM将起到十分重要的作用。五、实验步骤1、将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER 1POWER2发光二极管LED01、LED02发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）E5科技 liili现代通信原理实验指导书3、

6、模拟信号源部分观察 32K正弦波”和“ 64K正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅 度调节”可分别改变各正弦波的幅度。按下“复位”按键使 U03复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管 LED07灭，数码管SM0卜SM04显示“ 2000”。按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭） ，此时信号输出 点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示 灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输

7、出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码 管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度最 大可达5V以上。（注意：发光二极管LED07熄灭，转动旋转编码器时，频率以 1Hz为 单位变化；按一下旋转编码器，LED07亮，此时旋转旋转编码器，频率以 50Hz为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07熄灭，频率再次以1Hz为单位变化）将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。电位器W02用来调节开关电容滤波器U06的控制电压，电位器 W01用来调节D/A转换器U05的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4、数字信号源部分

8、拨码开关SW04 SW05的作用是改变分频器的分频比（以 4位为一个单元，对应十进 制数的1位，以BCD分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz分频比变化范围是 19999,所以位同步信号频率范围是200Hz2MHz例如，若想信号输出点“BS输出的信号频率为15.625KHz,则需将基频信号进行 128分频，将拨码开关 SW04 SW0殴置为00000001 00101000,就可以得到15.625KHz的方波信号。拨码开关 SW01 SW02 SW03勺作用 是改变NRZ码的码型。1位拨码开关就对应着NRZ码中的一个码元，当该位开关往上拨

9、时，对应的码元为1,往下拨时，对应的码元为0。将拨码开关 SW04 SW05设置为 00000001 00101000 , SW01 SW02 SW03 设置为 01110010 00110011 10101010,观察 BS 2BS FS NRZM形。改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。观察1024K、256K、64K 32K、8K各点波形（由于时钟信号为晶振输出的24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。将拨码开关 SW04 SW0破置为00000001 00101000 ,

10、观察伪随机序列 PN15 PN31、 PN511的波形。 改变拨码开关 SW04 SW05勺设置，重复观察以上各点波形。六、输入、输出点参考说明1、输出点说明模拟部分输出：24M 晶振24MHz时钟信号输出点，峰峰值约为2.3V。技现代通信原理实验指导书模拟输出：波形种类、波形幅度、波形频率均可调。正弦波：100Hz10KHz,幅度最大可达 4V;三角波：100Hz1KHz,幅度最大可达 4V;锯齿波：100Hz1KHz,幅度最大可达 4V;方 波：100Hz10KHz,幅度最大可达 4V;数字部分输出：方波占空比：50%8K:7.8125KHz方波输出点。32K:31.25KHz方波输出点。

11、64K:62.5KHz 方波输出点。256K:250KHz方波输出点。1024K:1000KHz方波输出点。BS:位同步信号输出点，方波，频率可通过拨码开关SW04 SW0畋变。2BS:2倍位同步信号频率的方波输出点，频率可通过拨码开关 SW04 SW0畋变。FS:帧同步信号输出点，窄脉冲，频率是位同步信号频率的1/24。NRZ 24位NRZ码输出点，码型可通过拨码开关SW01 SW02 SW03改变，码速率和位同步信号频率相同。PN15:N= 24- 1= 15的m序列输出点。PN31:N= 25 1 = 31的m序列输出点。PN511:N= 291 = 511的m序列输出点。32KHz正弦

12、波： 31.25KHz正弦波输出点。（幅度最大可达 4V）64KHz正弦波：62.5KHz正弦波输出点。（幅度最大可达 4V）七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。E5科技 liili现代通信原理实验指导书实验二常规双边带调幅与解调实验、实验目的1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波原理。3、掌握调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅与解调的优缺点。5、了解抑制载波双边带调幅和解调的优缺点。、实验内容1、观察常规双边带调幅的波形。2、观察常规双边带调幅波形的频谱。3、观

13、察抑制载波双边带调幅波形。4、观察常规双边带解调的波形。三、实验仪器1、信号源模块2、PAM&AM 模块一台 一台 一台 一台 一副若干3、频谱分析模块（可选）4、20M双踪示波器5、频率计（可选）6、音频信号发生器（可选）7、立体声单放机（可选）8、立体声耳机（可选）9、连接线四、实验原理（A）常规双边带调幅与解调1、常规双边带调幅所谓调制，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的原始信号（其频率一般是较 低的）“附加”在高频振荡信号上。所谓将原始信号“附加”在高频振荡上，就是利用原始 信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随原始信号的变化而变化。这里，高频振荡波 就是携带原始信号的“运

14、载工具”，所以也叫载波。而原始信号我们一般称之为调制信号。 在接收信号的一方也就是接收端再经过解调（反调制）把载波所携带的信号取出来，得到原 有的信息，解调过程也叫检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完 成。通常调制的载波可以分为两类：用连续振荡波形（正弦型信号）作为载波；用脉冲串或 一组数字信号作为载波。连续波调制是用调制信号来控制正弦型载波的振幅、频率或相位， 因而分为调幅、调频和调相三种方式；脉冲波调制是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、 位置等，然后再用这已调脉冲对载波进行调制，脉冲调制有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲编技现代通信原理实验指导书码调制等多种形式。本实验模

15、块所要进行的实验是连续波的振幅调制与解调，即常规双边带调幅与解调和抑 制载波双边带调幅与解调。我们已经知道，调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化，这变化 的周期与调制信号的周期相同，振幅变化与调制信号的振幅成正比。为简化分析，假定调制 信号是简谐振荡，即为单频信号，其表达式为：u (t) -U, mcos1 4图4-1常规调幅波形如果用它来对载波uc(t) =Ucmcosset (0c之。)进行调幅，那么，在理想情况下，常规调幅信号为:Uam (t) =(Ucm kU mcOSH)cOS ct=Ucm(1 Macosjt)cos ct其中调幅指数Maa=k Um,0 1时，常

16、规调幅波的包络变化与调制信号不再相同，产生了失真，称为过 调制，如图4-2所示。所以，常规调幅要求Ma必须不大于1。式（41）又可以写成UiUcmcos ,ct - * c 力t (42)可见，Uam （t）的频谱包括了三个频率分量:0c （载波）、8c +C （上边频）和0 c 。技现代通信原理实验指导书（下边频）。原调制信号的频带宽度是Q （或F =）,而常规调幅信号的频带宽度是 2a2-（或2F）,是原调制信号的两倍。常规调幅将调制信号频谱搬移到了载频的左右两旁，如图4-3所示。被传送的调制信息只存在于边频中而不在载频中，携带信息的边频分量最多只占总功率 的三分之一（因为 Ma1）。在实

17、际系统中，平均调幅指数很小，所以边频功率占的比例更 小，功率利用率更低。为了提高功率利用率，可以只发送两个边频分量而不发送载频分量， 或者进一步仅发送其中一个边频分量，同样可以将调制信息包含在已调制信号中。这两种调 制方式分别称为抑制载波的双边带调幅（简称双边带调幅）和抑制载波的单边带调幅（简称 单边带调幅）。图4-3常规调幅波的频谱2、双边带调幅实验电路双边带调幅信号产生的具体电路原理图如图4-4所示。图中MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。通常振幅调制、同步检波、鉴频、混频、倍频、鉴相等调制与解调的过程，均可 视为两个信号相乘或包含相乘的过程，所以都可以采用集成模拟乘法器实现上述功能。而

18、且 采用模拟乘法器比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，性能也要更优越。所以目前 在无线通信、广播电视等方面应用较多。本实验就是采用MC1496作为振幅调制器。高频载波信号从“载波输入”点输入，经高频耦合电容C08输入至U02 （MC1496）的10脚。低频基带信号从“音频输入”点输入，经低频耦合电容E05输入至U02的1脚。C08为高频旁路电容，E06为低频旁路电容。调幅信号从MC1496的12脚输出。引脚2与3外接反馈电阻R19,用来扩展调制信号的电压的线性动态范围，R19增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时）。图中 MC

19、14968E5科技 liili现代通信原理实验指导书芯片引脚1和引脚4接两个100 a和两个750a电阻及47K电位器用来调节输入馈通电压，调节P01,可以引入一个直流补偿电压，由于调制电压与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号叠加了某一直流电压后与载波电压相乘，从而完成普通调幅。实际上，从此12脚输出的调幅信号接有一个 U04组成的射随电路，来增加电路的带负载能力。输出后的调幅信号还要经过滤波，这样才能保证调幅信号的质量。双边带调幅的滤波电路如图4-5所示。图4-4双边带调幅信号产生电路原理图3、常规双边带解调在解调电路中，采用二极管包络检波对调幅信号进行解调。包络检波是利用常规双边带调幅信

20、号在时域内包络变化能反映调制信号变化规律这一特点形成的检波。调幅信号还可以采用相干解调的方法进行解调。但是包络检波电路比较简单，所以在工程中常常用到。包络检波器可以由一个整流器也就是检波器和一个低通滤波器组成。因为二极管D02的作用是实现高频包络检波，所以要求二极管的正向导通压降越小越好，在这里采用的是铸型二极管技现代通信原理实验指导书1N60,其正向导通电压 Uf0.3V,可以很好的满足要求。R28为负载电阻，C14为负载电容， 它的值应该选取在高频时，其阻抗远小于R,可视为短路；而在调制频率(低频)时，其阻抗则远大于 R,可视为开路。利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程，就可以

21、还原出与调幅信号包络基本一致的信号。具体电路如图4-6所示。就馥幅出图4-6二极管包络检波解调电路(B)抑制载波双边带调幅调幅信号中的大部分功率被载波占用，而载波本身并不含有基带信号的信息。所以，可 以不传输此载波。这样就得到我们接下来要讨论的抑制载波双边带调制。如果输入的原始信 号没有直流分量，则得到的输出信号便是无载波分量的抑制载波双边带调制信号。这样可以 节省发送载波的功率，也可以提高信号的传输速率。实现的方法与常规双边带调幅方法相同，也是采用模拟乘法器实现的。如果需要产生抑 制载波双边带调幅波，则仔细调节引脚1与引脚4之间的P01,使MC1496输入端电路平衡,输出信号uo(t)的幅度

22、逐渐增大，最后出现如图4-7所示的抑制载波的调幅信号。(a)抑制载波调幅波(b)有载波调幅波图4-7乘法器输出的调幅波五、实验步骤1、将信号源模块、PAM&AM 模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接10技现代通信原理实验指导书触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2,对应的发光二极管 LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键， 三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线， 后打开电源做实验，不要带电连线）3、使信号源模块的信号输出点“模拟输出”输出频率为3.125KHZ、峰-峰

23、值为0.5V左右的正弦波，旋转“ 64K幅度调节”电位器使“ 64K正弦波”处信号的峰-峰值为IV。4、用连接线连接信号源模块的信号输出点“模拟输出”和PAM&AM 模块的信号输入点“AM音频输入”，以及信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM&AM 模块的信号输入点“ AM载波输入，调节 PAM&AM 模块的电位器“调制深度调节”， 同时用示波器观察测试点“调幅输出”处的波形，可以观察到常规双边带调幅波形和 抑制载波的双边带调幅波形。5、观察“ AM载波输入、“ AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调 幅输出”各点处输出的波形。6、用频谱分析模块（用法请参考实验三）分别观察

24、常规双边带调幅时“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点频谱，以及抑制载波的双边带调幅时各点频谱并比较之。（可选）7、改变“ AM音频输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。8、改变“ AM载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。六、输入、输出点参考说明1、输入点参考说明AM音频输入：模拟信号输入点，输入的信号即为基带信号。AM载波输入：载波信号输入点，频率应远高于基带信号。2、输出点参考说明调幅输出：常规双边带调幅与抑制载波双边带调幅信号的输出点。滤波输出：调幅信号经低通滤波器后的信号输出点。解调幅输出：调幅信号解调输出点。七、实验报告要求1、分析实

25、验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原理图。八、实验思考题1、为什么常规双边带调幅的信息传输速率较低，应该采用什么样的方法加以解决？2、单边带、双边带、残留边带和抑制载波双边带调幅这几种调制方式各有什么优点和缺 点？11 E5科技 liili现代通信原理实验指导书实验三脉冲编码调制与解调实验、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的基本原理。2、定量分析并掌握模拟信号按照13折线A律特性编成八位码的方法。3、通过了解大规模集成电路 TP3067的功能与使用方法，进一

26、步掌握PCM通信系统的工作流程。、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的整个变换过程， 关系，掌握其基本原理。2、定量分析不同幅度的基带模拟正弦信号按照 该编码方法。分析PC晒制信号与基带模拟信号之间的13折线A律特性编成的八位码，并掌握三、实验仪器1、信号源模块2、模拟信号数字化模块一台若干3、20M双踪示波器4、连接线四、实验原理1、PCM工作原理所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变换成代码。脉码系统 原理框图如图6-1所示。图6-1 PCM 系统原理框图E5科技 liili现代通信原理实验指导书上图中，抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化

27、是 把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的 PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信 号。解调过程中，一般采用抽样保持电路。同时，在对模拟信号抽样之前一般要进行预滤波， 预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz3400Hz内，所以预滤波会引入一定的频带失真。在整个PCM通信系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。我们定义 信号与量化噪声的功率比为信噪比S/N。国际电报电话咨询委员会（ITU-T ）详细规定了信

28、噪比的指标。下面将详细介绍 PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面实验中详细讨论过，故在 此只讲述量化及编码的原理。（1）量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种，我们先讨论均匀量化。把输入模拟信 号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化。均匀量化中，每个量化区间的量化电平均 取在各区间的中点，如图 6-2所示。变化范围和量化电平数被确定后，量化间隔也随之被确定。例如，输入信号的最小值和最大值分用a和b表示，量化电平数为 M那么，均匀量化的量化间隔为：b -aME5科技 liili现代通信原理实验指导书量化器输出m。为: qm =q,当 mmm式中mi为第i个量化区间的终点，可写成

29、qi为第i个量化区间的量化电平，可表示为qimimi2i =1、2、M上述均匀量化的主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因 此，当信号m（t）较小时，则信号量化噪声功率比也很小。这样，对于弱信号时的量化信噪比 就难以达到给定的要求。 通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么,均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀 量化的方法。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔Av也小；反之，量化间隔就大。非均匀量化与均匀量化相比，有两个突出的优点： 首先,当输入量化器的信号具有非均

30、匀分布的概率密度（实际中往往是这样）时，非均匀量化器的 输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均 方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了 小信号时的信噪比。非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。现在广泛采用两种对数压缩，美国采用 N压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。所谓A压缩律就是压缩器具有如下特性的压缩律：Ax1,0 :二 X -1 ln AAy=1 ln Ax 1, X 二 11 ln A AA律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电

31、路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样,PCM它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现。本实验模块用到的码芯片TP3067正是采用这种压扩特性来进行编码的，如图 6-3所示。14图6-3 13折线表6-1列出了 13折线时的x值与计算得的x值的比较。E5科技 liili现代通信原理实验指导书表6-1y0182838485868781x01128160.6130.6115.417.7913.9311.981按折线分段的x011281641321161814121段落12345678斜率16168421121

32、4表中第二行的x值是本据A =87.6时计算得到的，第三行的 x值是13折线分段时的值。 可见，13折线各段落的分界点与 A =87.6曲线十分逼近，同时 x按2的哥次分割有利于数字 化。(2)编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。注意这里谈论的编 码和译码与差错控制的编码和译码是完全不同的，前者属于信源编码的范畴。在逐次比较型在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为低速编码和高速编码两类。实 际通信一般都采用高速编码。编码器的种类大体上也可以归结为三类：逐次比较型、折叠级 联型和混合型。 本实验模块中PC风码芯片TP3067采用的是逐次比较型编码。技现代通

33、信原理实验指导书编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。 表6-2 段落码表6-3段内码段落序号段落码81117110610151004011301020011000量化级段内码15111114111013110112110011101110101091001810007011160110501014010030011200101000100000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按 8段折线（8个段落）进行编码，即用 8 位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值。其中，用第一位表示量化值的极性，其余七 位（第二位至第八位）

34、则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示 段落码，它的8种可能状态来分别代表 8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 这样处理的结果，使8个段落被划分成27= 128个量化级。段落码和 8个段落之间的关系如表 6-2所示，段内码与16个量化 级之间的关系见表 6-3。上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。2、PC网译码电路 TP3067芯片介绍本实验模块采用大规模集成电路TP3067对语音模拟彳t号进行 PC网解码。TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。其编码速率为2

35、.048MHz,每一帧8位数据，采用8KHz帧同步信号。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码， 最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个 特定的时隙（此时隙应与发送码数据的时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后再译码输出。16技现代通信原理实验指导书五、实验步骤1、将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打

36、开主机箱右侧的交流开关，再分别按下二个模块中的相应开关POWER 1POWER2对应的发光二极管 LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个 模块均开始工作。(注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打 开电源做实验，不要带电连线)3、对任意频率、幅度的模拟正弦信号脉冲编码调制与解调实验(1)将信号源模块中 BC加分频值(拨码开关 SW04SW05设置为0000000 0000001 , 模拟信号数字化模块中拨码开关 S1设置为0000, “编码幅度”电位器(标号为 P02) 逆时针旋转到顶。(2)信号源模块产生一频率为2KHz,峰-峰值约为2V的正弦模拟信号，由

37、“模拟输出”端送入到模拟信号数字化模块的“S-IN”端，再分别连接信号源模块的信号输出端“64K”、“8K”、“BS”与模拟信号数字化模块的信号输入端“CLKB-IN、“FRAMEB-N、“2048K-IN”。开电，观察“PCMB-OUT端PCM码。(因为是对随机信号进行编码， 所以建议使用数字存储示波器观察。)(3)断电，分别连接模拟信号数字化模块上编译码时钟信号“CLKB-IN”和“CLK2-IN ”，帧同步信号“ FRAMEB-IN和“ FRAME2-IM , PCM译码信号输出点“ PCMB-OUT和 信号输入点“PCM2-IN。开电，观察并比较基带模拟信号 “S-IN”和解调信号“J

38、PCM。(4)改变正弦模拟信号的幅度及频率，观察PCM编码信号和解调信号随之的波形变化情况，同时注意观察满载和过载时的脉冲幅度和解调信号波形，超过音频信号频带范围时的解调信号波形。4 、用模拟示波器定量观察 PCWI位编码实验(1)断电，拆除所有信号连线，将拨码开关 S1设置为1111。(2)开电，观察 2KHz基带信号“ S-IN2、8KHz帧同步信号“ FRAMEB-IN、64KHz 编码时钟信号“ CLKB-IN”与PCM编码信号“ PCMB-OUT的波形。调节“编码幅度” 电位器，分析PCWI位编码中极性码、 段落码与段内码随基带信号幅值大小的变化而 变化的情况。(3)断电，分别连接信

39、号点 “CLKB-IN 和“CLK2-IN， FRAMEB-IN 和“FRAME2-IN , “PCMB-OUT和“ PCM2-IN。开电，观察并比较基带模拟信号“ S-IN2 ”和解调信号 “JPCM 。注：实验完后务必将拨码开关S1重新设置为0000。六、输入、输出点参考说明1、输入点参考说明2048K-IN : 2.048MHz时钟信号输入点。S-IN :模拟信号输入点(基带信号)。CLKB-IN: PCM编码64KHz时钟信号输入点。FRAMEB-IN PCM编码8KHz帧同步信号输入点。PCM2-IN:译码时的PC喇信号输入点。CLK2-IN :PCMt码64KHz时钟信号输入点。1

40、7现代通信原理实验指导书技FRAME2-IN PCM译码8KHz帧同步信号输入点。2、输出点参考说明S-IN2 : 2KHz 基带信号测试点。PCMB-ODT PCM调制信号输出点。JPCMPCMB调信号输出点。七、实验报告要求1、分析脉冲编码调制与解调的基本工作原理，画出其流程框图，并解释每一步的作用。 2、记录实验测试结果，分析实验现象。3、回答实验思考题。八、实验思考题TP3067TP3067 PCM编码器输出的 PCM码的速率是多少？在本实验中，为什么要给 提供2.048MHz的时钟？18E5科技 liili现代通信原理实验指导书实验四码型变换实验、实验目的1、了解几种常见的数字基带信

41、号。2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。3、掌握用FPGA实现码型变换的方法。、实验内容1、观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、CMI 码、HDB3 码、BPH 码的 波形。2、观察全0码或全1码时各码型的波形。3、观察HDB 3码、AMI码、BNRZ码的正、负极性波形。4、观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、CMI 码、HDB3 码、BPH 码经 过码型反变换后的输出波形。5、自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。三、实验仪器1、信号源模块2、码型变换模块3、20M双踪示波器一台4、频率计（可选）一台5、PC机（可选）一台6

42、、连接线若干四、实验原理1、编码规则（A）二元码最简单的二元码中基带信号的波形为矩形，幅度取值只有两种电平。常用的二元码有如 下几种：NRZ码NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平） 分别表示二进制信息“ 1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如：1 0 1 0 0 1 1 0十 E 0 RZ码RZ码的全称是单极性归零码，与 NRZ码不同的是，发送“ 1”时在整个码元期间高电平 只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。换句话说，信号脉冲宽度小于码元 宽度。通常均使脉冲宽度等于码元宽度的一半如下图所示。例如：E5科技 liili现代通信原理实

43、验指导书1 0 1 0 0 1 1 0口 n nBNRZ码BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。例如：1 0 1 0 0 1 1 0+ E 0-E 一不难看出还应当存在一种双极性归零码，它兼有双极性和归零的特点。但由于它的幅度 取值存在三种电平，因此我们将它归入三元码。BPH码BPH码的全称是数字双相码( Digital Diphase),又叫分相码(Biphase, Split-phase)或曼彻 斯特码(Manchester),它是对每个二进制代码分别利用两个具

44、有两个不同相位的二进制新码 去取代的码；或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：0-01 (零相位的一个周期的方波)；1吁10 (兀相位的一个周期的方波)。例如：代码： 1 1 0 0 1 0 1双相码：10 10 01 01 10 01 10BPH码可以用单极性非归零码(NRZ)与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是 只使用两个电平，而不像前面二种码具有三个电平。这种码既能提取足够的定时分量，又 无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。CMI码CMI码的全称是传号反转码，与数字双相码类似，也是一种二电平非归零码。其编码规 则如下

45、：信息码中的“ 1”码交替用“11”和“ 00”表示，“0”码用“ 01”表示。例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1 0CMI 码：11 00 01 11 01 01 00 01这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。BRZ码BRZ码的全称是双极性归零码，与 BNRZ码不同的是，发送“ 1”和“0”时，在整个码 元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：现代通信原理实验指导书-E+ E0AMI码AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中

46、的“0”仍变换为传输码的0”；信息码中的“ 1”交替变换为传输码的“ +1、 1、+ 1、一 1、，”。例如：代码： 100 1 1000 1 1 1AMI 码：+100 -1 +1000 -1 +1 -1AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判 断。译码时只需把 AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得 到了广泛应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，由于它可能出现长的 连0串，因而会造成提取定时信号的困难。 HDB3HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将4个连“ 0”信息码用取代节“000V”或

47、“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息 “1”码时取代节为“000V”; 有偶数个信息“ 1”码（包括0个）时取代节为“ B00V”，其它的信息“ 0”码仍为“ 0”码， 这样，信息码的“ 1”码变为带有符号的“ 1”码即“ +1”或“1”。例如：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1HDB3 码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1HDB3码中“ 1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“ V”的符号破坏这种符号交替反转 原则，但相邻“ V”码的符号又是交替反转的。HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还

48、增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。 本实验电路只能对码长为24位的周期性 NRZ码序列进行编码。2、电路原理将信号源产生的 NRZ码和位同步信号 BS送入U01进行变换，可以直接得到各种单极性 码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为 CPLD的I/O 口不能直接接负电平，所以只 能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3的正、负极性编码信号送入U02的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的 HDB 3码。解码时同样也需要

49、先将双极性的HDB 3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD进行解码，得到 NRZ码。其它双极性码的编、解码过程相同。NRZ码从信号源“ NRZ”点输出的数字码型即为 NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。 BRZ、 BNRZ 码将NRZ码和位同步信号 BS分别送入双四路模拟开关 U03的控制端作为控制信号， 在同 一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U03分别接通不技现代通信原理实验指导书同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。X通道的4个输入端X0、XX2、X3分别接一5V、GND、 + 5V、GND,在控制信号控制下输出 BRZ码

50、；Y通道的4个输入端Y。、丫1、丫2、丫3分别接5V、 5V、+5V、+5V,在控制信号控制下输出BNRZ码。解码时通过电压比较器U07将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）一单（极性）变换，再送入U01进行解码，恢复出原始的 NRZ码。RZ、 BPH码这两种码型的编、解码方法与 BRZ、BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、 解码过程可以直接在 U01中完成，在这里不再赘述。AMI码由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在U01中，将NRZ码经过一个时钟为 BS的JK触发器后，再与 NRZ信号相与后得到控制信号 AMIB ,该 信号

51、与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U06的控制端，U06的输出即为AMI码。解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双一单变换，再送入 U01进行解码。HDB3码HDB3码的编、解码框图分别如图9-1、9-2所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。图9-1 HDB3编码原理框图图9-2 HDB3解码原理框图CMI码由于是单极性波形，CMI码的编解码过程全部在 U01中完成，其编码电路原理框图如图9-3所示：22现代通信原理实验指导书图9-3 CMI编码原理框图五、实验步骤1、将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，

52、再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2,对应的发光二极管 LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键， 两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线， 后打开电源做实验，不要带电连线）3、将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为00000101 00000000 , SW01、SW02、SW03设置为01110010 00110000 00101011。按实验一的介绍，此时分频比千位、十 位、个位均为0,百位为5,因此分频比为500,此时位同步信号频率应为4KHz o观察BS、2BS、NRZ各点波形。4、编码实验：（在每次改变编码方式后

53、，请按下复位键）RZ编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为10000000,则编码实验选择为 RZ方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“编码输出1处”观察RZ编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观 察）BPH编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为01000000,则编码实验选择为 BPH方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“编码输出1处”观察BPH编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续

54、观察）CMI编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00100000,则编码实验选择为 CMI方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“编码输出1处”观察CMI编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续 观察）HDB3编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00010000,则编码实验选择为 HDB3方式。技现代通信原理实验指导书b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“编码输出2处”观察HDB3编码。（如果发现波形不

55、正确，请按下复位键后继续 观察）BRZ编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 00001000,则编码实验选择为 BRZ方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“ BRZ”处观察BRZ编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）BNRZ编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 00000100,则编码实验选择为 BNRZ方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“BNRZ”处观察BNRZ编码。（如果发现波形不

56、正确，请按下复位键后继续观察）AMI编码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 00000010,则编码实验选择为 AMI方式。b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与 2BS、NRZ 与 NRZ。c、从“编码输出 2处”观察AMI编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）5、解码实验：（在每次改变解码方式后，请按下复位键）RZ解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 10000000,则编码实验选择为 RZ方式。b、在RZ编码方式的前提下，用线连接“编码输出1”与“解码输入1。c、从“解码输出处”观察 RZ解码。并将示波器设为双踪状态

57、比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）BPH解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 01000000,则编码实验选择为 BPH方式。b、在BPH编码方式的前提下，用线连接“编码输出1”与“解码输入1。c、从“解码输出处”观察 BPH解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源 的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）CMI解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 00100000,则编码实验选择为 CMI方式。b、在CMI编码方式的前提下，用线连接“编码输出 1”与“解码输入1。c、从“解码输出处”观察 CMI解码。并将示波器设为

58、双踪状态比较解码信号与信号源 的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）HDB3解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为 00010000,则编码实验选择为 HDB3方式。b、在HDB3编码方式的前提下，用线连接“编码输出2”与“解码输入2。c、分别观察双路输出 1,双路输出2,并与解码输入 2相比较。24技现代通信原理实验指导书d、从“解码输出处”观察 HDB3解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）BRZ解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00001000,则编码实验选择为 BRZ方式。b、在BRZ编码方

59、式的前提下，用线连接“ BRZ”与“ BRZ解码输入”。c、观察“ BRZ-1 ”处输出波形，并与 BRZ解码输入”处波形进行比较。d、从“解码输出处”观察 BRZ解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）BNRZ解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00000100,则编码实验选择为 BNRZ方式。b、在BNRZ编码方式的前提下，用线连接“ BNRZ”与“解码输入2。c、分别观察双路输出 1,双路输出2,并与解码输入 2进行比较。d、从“解码输出处”观察 BNRZ解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果

60、发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）AMI解码实验a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00000010,则编码实验选择为 AMI方式。b、在AMI编码方式的前提下，用线连接“编码输出2”与“解码输入2。c、分别观察双路输出 1,双路输出2,并与解码输入 2进行比较。d、从“解码输出处”观察 AMI解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）6、任意改变信号源模块上的拨码开关SW01、SW02、SW03的设置，重复实验 4、实验5的内容。六、输入、输出点参考说明1、输入点说明BS:位同步信号输入点。2BS:2倍位同步频率方波信号输入点